(2)可以源源不斷地獲得。
太陽是一個巨大的能量源,每秒輻射到地球上的能量相當于500萬t標準煤,和人類存在的時間相比,太陽能可以說是一種久遠和無盡的能源。隨著化石燃料(煤、石油和天然氣)的不斷開采和消耗,能源的供應越來越緊張,具有豐富來源的太陽能的開發和利用就顯得越發重要和緊迫。
(3)可免費使用,且無需運輸
人類可以通過專門的技術和設備將光能轉化為熱能或電能,就地加以利用,無需運輸,為人類造福。而且人類利用這一取之不盡的能源也是免費的。
3.4太陽能光熱技術和光電技術的缺點
雖然太陽能光熱和光電技術具有許多優勢,但太陽能能流密度低,受季節、地點和氣候等多種因素影響而不能維持常量,且用于太陽能轉換的設備投資較高,其技術尚需進一步完善。因此,目前除太陽能熱水器和溫室大棚的利用比較普及和成熟外,主、被動太陽房,太陽能發電和太陽能制冷等技術尚處于示范性實驗階段,距離大規模推廣應用,走進百姓日常生活還有相當大的距離,近期內尚無法取代常規能源的主導地位。
4地源熱泵技術
地源熱泵技術是以地熱(冷)源作為熱泵裝置的熱源或熱匯,對建筑進行供暖或制冷的技術。地源熱泵通過輸入少量的高品位電能,可實現能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移,在冬季向室內供熱,夏季則對室內制冷,實現對建筑物的空氣調節。地源熱泵系統工作原理如圖3所示。
根據地源熱泵所采用熱源和熱匯的形式不同,可將其大致分為以下三種類型,即大地耦合式熱泵(CCHP),地下水熱泵(GWHP)和地表水熱泵(SWHP)。
4.1大地耦合式熱泵
大地耦合式熱泵就是以地表淺層的土壤作為熱源或熱匯,它與傳統的空氣熱泵(ASHP)相比,具有如下優勢:
(1)相對于地表的空氣和水而言,一定深度地下土壤的溫度波動較小,更適合作為熱泵的熱源和熱匯,保證系統能穩定和高效運行;
(2)用地下土壤作為熱源和熱匯可以部分或全部代替傳統空調系統中的冷卻塔和鍋爐,節省常規能源,并能減少對環境造成的污染;
(3)大地耦合式熱泵不存在除霜問題,與土壤的熱交換也不需要風機,因此能夠減少噪音污染;
(4)可以和太陽能集熱裝置聯合使用,發揮土壤的巨大蓄熱和蓄冷能力,能夠獲得較好的供熱和制冷效果。
但是,大地耦合式熱泵也存在著以下缺點:一是土壤的傳熱性能較差,需要較大的傳熱面積,從而導致占地面積較大,二是埋設在地下的管道造價較高,且維修不便;三是當地下換熱器周圍受熱干燥后,傳熱能力下降,影響到系統的正常運行。
4.2地下水熱泵
地下水熱泵是以地下深井水作為熱源或熱匯來對建筑物進行供熱或制冷的技術,也是迄今為止技術最成熟,應用最為廣泛的一種地源熱泵技術,它具有如下優勢:
(1)占地面積小,布局緊湊。由于該系統與地下水之間的熱交換是通過水井系統實現的,不需要在地下敷設大量管道,因此系統的占地面積較小;
(2)相對大地耦合式熱泵系統,不需要埋設地下熱交換設備,只需要一對較高流量的抽水井和回灌井,其造價相對較低;
(3)不會造成地面沉降。在系統運行過程中,只要將地下水回灌到蓄水層,保持地層中含水量不變,即可保證不會引起地面的沉降;
(4)技術比較成熟,推廣相對容易。由于地下水熱泵技術已在許多商業系統中使用多年,積累了不少經驗,形成了系列產品,技術和施工都相對完善和成熟,比較容易推廣;
(5)系統運行相對穩定。
由于深井水位較低,水溫隨季節和氣候的變化很小,利用井水作為熱源或熱匯對建筑物進行供熱和制冷時,系統比較穩定,對熱泵的運行也比較有利。
該系統存在的問題是:
(1)當利用地下井水作為冷源或熱源時,其水溫會受到一定限制;
(2)如鉆井施工不佳或水質較差,可能造成地下水污染,且回灌井的選址需要考慮到水文地質條件等因素;
(3)由于水泵取水位置一般較深,因此水泵的運行費用比較高。
4.3地表水熱泵
地表水熱泵技術是利用地表的小溪、池塘、河流或湖泊等水源作為熱源和熱匯對建筑進行空調的熱泵技術。由于地表水溫度隨季節、氣候等因素影響較大,不能完全保證系統在嚴冬季節的供暖需要,因此需要安裝輔助加熱裝置,采用雙聯熱泵采暖系統。
在系統運行時,可以將換熱器置于水中,通過制冷劑的循環吸收地表水的熱量,也可以通過鹽水循環間接獲取熱量。但這兩種方式均需要對置于地表水中的換熱器進行定期清理,以保證換熱效率。此外,還可以用泵抽取地表水送人熱泵的蒸發器進行熱交換,但在進入水泵前需要對地表水進行過濾。
采用地源熱泵技術對建筑物進行采暖空調,既可以節省能源,又可以減少環境污染,而且運行費用也大大降低。實際運行效果表明,與傳統空調設備相比,運行費用能夠減少30%~40%,因此具有廣闊的發展前景。
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